小型耐高溫軸流風機量大從優

從小型耐高溫軸流風機的一般參數出發，通過一維徑向參數和子午向徑向參數的設計，得到了初步設計方案的性能預測和幾何參數。初步方案利用現有的標準葉片型線對三維葉片進行幾何建模，通過求解三維穩定流場對初步設計方案進行驗證。一維參數設計主要是求解平均半徑氣動參數的控制方程。采用逐級疊加法對多級壓縮系統進行了氣動計算。同時調整了小型耐高溫軸流風機相應的攻角、滯后角和損失模型。后，得到了平均半徑和子午線流型下的基本氣動參數。小型耐高溫軸流風機利用一條非均勻有理B-sline曲線來描述由四個控制點（紅點）控制的曲線，包括前緣點和后緣點。計算中使用的損失和氣流角模型需要大量的葉柵試驗作為支撐。現有的實驗改進模型包括經典亞音速葉片型線NACA65、C4和BC10，基本滿足了風機的初步設計要求。為了準確、快速地得到初步設計方案，將現有的經典葉片型線直接用于一維設計和初步設計。當設計負荷超過原模型時，采用MISES方法對S1流面進口斷面進行分析，得到初始滯后角，如本文對高負荷風機的設計。在S2流面設計中，小型耐高溫軸流風機采用流線曲率法對S2流面進行了流量計算。為了簡化計算過程，將計算假設為無粘性和恒定絕熱，忽略了實際渦輪機械中的三維、非定常和粘性流動特性，引入了葉排損失來表示葉柵中流體粘度的影響。通過三維流場的數值分析，修正了求解S2流面過程中的損失，并通過迭代得到了初步設計方案。

本文以方案中小型耐高溫軸流風機的定子葉片為例進行了詳細設計，優化了S1流面葉型，小型耐高溫軸流風機采用三維葉片技術改善了定子葉柵內的流動。通過三維數值模擬，對S2流面設計中的損失和滯后角模型進行了標定，為葉片三維建模提供了依據。通過與初步三維設計結果的比較，兩種設計方案的氣動參數徑向分布一致，證實了小型耐高溫軸流風機設計過程中S2流面設計的準確性和可靠性。由于葉尖泄漏流的存在，葉尖壓力比與氣流角（圖中灰色虛擬線圈所示的面積）之間存在一定的偏差，但通過三維CFD的修正，s2的設計趨勢預測了葉尖泄漏流對氣動參數徑向分布的影響；bec在高負荷下，定子根部出現了氣流分離現象，導致了出口氣流角和S2設置的初步三維設計。預測結果略有不同（圖中橙色虛線圈所示的區域）。5倍，第三項為失速裕度，第四項為有效流入流角范圍內的平均損失，第五項為平均損失差的方差。小型耐高溫軸流風機利用一條非均勻有理B-sline曲線來描述由四個控制點（紅點）控制的曲線，包括前緣點和后緣點。葉片體由四條非均勻曲面、兩個吸力面和兩個壓力面組成，同時與較大切圓（灰圓）和前緣后緣橢圓弧相切。利用MIT MISES程序對S1型拖纜葉片進行了流場分析。采用B-L（Baldwin-Lomax）湍流模型和AGS（Abu-Ghamman-Shaw）旁路過渡模型描述了過渡過程。

不同小型耐高溫軸流風機靜葉設計點90%葉片高度剖面上的壓力分布。從圖中不難看出，原型直葉片的進口具有明顯的正攻角，端彎葉片的載荷由于分離流動而減小。由于受葉片端部彎曲的影響，三維葉片的攻角幾乎為零，并且由于端部流動的改善，載荷甚至略高于原型直葉片。研究了不同靜葉對單級風扇級性能的影響。小型耐高溫軸流風機帶有三個不同定子葉片的單級風扇級的效率特性。與均勻間隙相比，小型耐高溫軸流風機在平均葉頂間隙不變的前提下，1~3級間隙方案下的風機總壓力和效率均高于均勻間隙方案下的風機總壓力和效率。從小型耐高溫軸流風機中不難看出，端部彎曲定子可以有效地提高裕度，但由于定子損耗的增加，級效率降低了1.39%。前緣彎曲引起的葉片反向彎曲效應被葉片正向彎曲疊加所抵消。舞臺效率略有提高，高點提高0.26%。失速邊界越近，風扇級效率越明顯。同時，小型耐高溫軸流風機轉子出口頂部的靜壓力隨著定子葉片頂部的功能力的增加而降低（如圖21所示，轉子葉片出口直徑上的靜壓力）。在方向分布上，將定子出口處的背壓設置為接近失速的原型級工況，背壓為114451pa，風機的失速裕度進一步從27.1%擴大到48.8%，推遲了葉尖泄漏引起的失速。

介紹了一套高負荷小型耐高溫軸流風機的氣動設計過程，包括參數選擇、葉片形狀優化和三維葉片的設計思想。在此基礎上，完成了高負荷軸流風機壓力比1.20的初步設計，負荷系數高達0.83。其次，在初步設計方案中，通過對小型耐高溫軸流風機靜葉多葉高處S1流面剖面的協調優化，有效地減少了靜葉損失，提高了風機的裕度。同時，采用三維葉片技術，提高了定子葉片的端部流動，提高了定子葉片端部區域的工作能力。風機裕度由27.1%擴大到48.8%。風機設計過程中一維參數的設計精度足以支持設計工作的進一步發展。優化葉頂間隙形狀可以有效地提高軸流風機的性能。采用FLUENT軟件對OB-84動葉可調軸流風機在均勻和非均勻間隙下的性能進行了數值模擬，討論了不同間隙形狀對泄漏流場和間隙損失分布的影響。結果表明，在平均葉頂間隙不變的前提下，錐形間隙風機的總壓力和于均勻間隙風機，區范圍擴大，錐形間隙越大，性能改善越顯著；錐形間隙改變了間隙內渦量場的分布，減少了葉尖泄漏損失，增強了小型耐高溫軸流風機葉片上、中部的功能力。風機的性能低于均勻間隙的性能。錐形葉片的葉尖間隙形狀可以作為提高風機性能的重要手段。